СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Проблема загрязнения водных объектов ионами тяжелых металлов 9
1.2. Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов 16
1.3. Сорбционный метод очистки загрязненных вод 22
1.4. Применение отходов деревообработки в качестве сорбционных
материалов для очистки воды от ионов тяжелых металлов 27
1.5. Применение магнитных сорбентов для очистки воды от ионов тяжелых
металлов 34
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 39
2.1. Применяемое оборудование, реактивы и материалы 39
2.2. Методика получения и исследования физико-химических свойств
сорбционных материалов 44
2.3. Определение сорбционной ёмкости по отношению к ионам тяжелых
металлов в динамических условиях на модельных растворах 47
2.4. Определение токсичности золы после утилизации 48
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 52
3. 1. Характеристика полученных магнитных сорбционных материалов ... 53
3.2. Результаты исследований адсорбции ионов тяжелых металлов в
динамических условиях 54
3.3. Результаты исследований токсичности золы после утилизации
магнитных сорбционных материалов 59
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПРОМЫВНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРИТИЗИРОВАННОГО ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО
ШЛАМА 62
4.1. Характеристика промывных вод 62
4.2 Разработка схемы производства магнитных сорбционных материалов и принципиальной технологической схемы очистки промывных вод 63
ГЛАВА 5. УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 67
ГЛАВА 6. РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 76
Загрязнение гидросферы на сегодняшний день является одной из самых волнующих во всем мире экологических проблем. Не обошла эта проблема стороной и Россию. Особенно остро вопрос загрязнения водоемов стоит в промышленно развитых районах. К таким районам относится и Республика Татарстан, в которой в настоящее время одними из ведущих отраслей являются химическая, нефтехимическая и машиностроительная промышленность, на объектах которых образуется большое количество сточных вод, которые после очистки попадают в водоемы.
Экологическая опасность сточных вод связана с присутствием в них загрязнителей, в том числе и ионов тяжелых металлов. Например, сточные воды предприятий машиностроения, металлургии, химической и других отраслей, в которых используются процессы травления и гальванической металлообработки, характеризуются не только большим содержанием ионов тяжелых металлов, но также и их высокой токсичностью даже при малых концентрациях. Из - за того, что ионы тяжелых металлов обладают серьезной опасностью с точки зрения их биологической активности, вследствие мутагенного, канцерогенного и патогенного воздействия на биоту [1], они вызывают затруднения в дальнейшем использовании водоемов в хозяйственной деятельности [2], поэтому нужно уделять особое внимание удалению их из промышленных стоков.
существует много способов очистки ионов тяжелых металлов, среди них физико-химические и электрохимические являются сложными, энергозатратными,требующими наличие дефицитных реагентов, и, как следствие
Технологии очистки сточных вод, применяемые на большинстве предприятий, не обеспечивают эффективное удаление ионов тяжелых металлов в нужной степени. Например, после часто применяемой на производстве реагентной обработки, остаточное содержание хрома достигает 1 - 10 мг/л (при нормативе 0,5 мг/л). По этой причине постоянно ведется поиск более эффективных методов.
Среди разных методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов наиболее эффективными являются сорбционные методы. Их эффективность достигает 80 - 95% и зависит от химической природы сорбента, его структуры и величины сорбционной поверхности [3 - 7]. В качестве сорбционного материала используются активированные угли, цеолиты, природные и др. материалы. Часто эти материалы требуют использование природных ресурсов, а также являются дорогостоящими. Поэтому современные методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов должны быть не только эффективными, но и малозатратными, что, в свою очередь, может быть достигнуто при использовании недорогого местного сырья или отходов промышленного производства, которые могли бы быть переведены в ранг вторичных ресурсов и быть использованы в качестве сорбционных материалов. Для создания высокоэффективных сорбционных материалов должны быть проведены исследования, которые бы выявили наилучший способ модификации материала.
Работы, ориентированные на разработку, получение и применение новых модифицированных сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, являются актуальными и имеют большое практическое, экологическое и экономическое значение.
На основе вышеизложенного, целью выпускной квалификационной работы является разработка магнитных материалов с применением отходов производства МДФ-плит и активированного угля для эффективной сорбции ионов тяжелых металлов из водных сред. Преимуществом таких сорбционных материалов по сравнению с немагнитными является то, что при контактной очистке сточных вод использование магнитных сорбентов существенно упрощает адсорбционный процесс за счет проведения сорбции на больших скоростях и легкости отделения сорбента от растворов путем магнитной сепарации [8, 9].
Выполнение поставленной цели требует решения следующих задач:
• Обзор различных методов очистки воды от ионов тяжелых металлов;
• Получение магнитных сорбционных материалов;
• Исследование физико-химических свойств сорбционных материалов;
• Определение сорбционных свойств сорбционных материалов по отношению к модельным растворам ионов тяжелых металлов;
• Разработка схемы производства магнитных сорбционных материалов и принципиальной технологической схемы очистки сточных вод ;
• Разработка способа утилизации отработанных сорбционных материалов;
• Оценка экономической эффективности применения предлагаемых сорбционных материалов.
Провели литературный обзор по качеству водных ресурсов в России и Республике Татарстан, рассмотрели методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, а именно механические, реагентные, физико - химические, электрохимические и биологические, изучили применение отходов деревообработки в качестве сорбционных материалов для очистки воды от ионов тяжелых металлов и применение магнитных сорбентов для очистки воды от ионов тяжелых металлов.
На основании отходов древесного волокна и активированного угля марки БАУ-А получили магнитные сорбционные материалы: ОДВ+Бе3О4 и БАУ-А+БезОд.
Определили физико-химических свойства сорбционных материалов (насыпная плотность образцов, зольность, влажность, фракционный состав, сорбционная активность по йоду). Определили намагниченность насыщения и коэрцитивную силу, установили, что полученные магнитные сорбционные материалы по своим магнитным свойствам не уступают известным применяемым магнитным сорбентам.
Провели эксперименты по адсорбции в динамических условиях ионов Ni2+, Cr6+, Cu2+из модельных растворов при их индивидуальном и совместном присутствии. Установили, что магнитные сорбционные материалы намного лучше справляются с сорбцией ионов тяжелых металлов из модельных растворов, чем их необработанные аналоги. Наибольшая средняя эффективность очистки (87%) по рассмотренным ионам тяжелых металлов у материала ОДВ+Бе3О4.
Выполнили эксперименты по определению динамической ёмкости магнитных сорбционных материалов по отношению к ионам тяжелых металлов, которая составила для ОДВ+Бе3О4 - 15-37 мг/г и для БАУ-A+Fe3O4- 13-32 мг/г.
Разработали схему производства магнитных сорбционных материалов и принципиальную технологическую схему очистки промывных вод производства ферритизированного гальванического шлама. В лабораторных условиях провели эксперименты по очистке промывных вод магнитными сорбционными материалами, в результате которых определили, что при очистке промывных вод адсорбционным материалом БAУ-A+Fe3O4 средняя эффективность очистки от ионов тяжелых металлов составила 96,5 %, а при использовании адсорбционного материала ОДВ-1;е3О)4 - 95,9 %. Максимальную эффективность очистки магнитные сорбционные материалы имеют по отношению к ионам Mo (99,9% и 100%).
Предложили способ утилизации отработанных адсорбционных материалов в печи с пульсирующим горением. Провели биотестирование водных вытяжек отработанных магнитных сорбционных материалов после их сжигания с использованием тест-объекта Daphnia magna Straus, по результатам которых установили, что полученные образцы адсорбционных материалов относятся к IV классу опасности.
Определили себестоимость магнитных сорбционных материалов, которая для ОДВ'1;е3О4 составила 73 руб/кг, для БАУ-А+Fe^ - 98 руб/кг и оказалась ниже некоторых коммерческих сорбентов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
